(57)【要約】  【課題】  高輝度光源を用いずに高輝度光が入射した場合に、高輝度黒つぶれ抑圧回路が正常に動作するか否かを検査することができる検査方法を提供する。  【解決手段】  入射光を受光量に応じた信号電荷に光電変換するフォトダイオード１０と、フォトダイオードから転送された信号電荷を保持するとともに、信号電荷を電圧信号に変換するフローティングディフュージョン部１２（以下ＦＤ部と称す）と、ＦＤ部の電位の変化を出力する出力部１８と、ＦＤ部と出力部の間に接続され、高輝度光の入射に起因して出力部からの出力信号に発生する黒つぶれを抑圧する高輝度黒つぶれ抑圧回路１７とを備えた固体撮像素子の素子検査方法において、ＦＤ部を高輝度光が入射した場合の電位に対応する所定電位に設定して、固体撮像素子を動作させることにより、高輝度黒つぶれ抑圧回路が正常に動作するか否かを検査する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を受光量に応じた信号電荷に光電変換するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードから転送された前記信号電荷を保持するとともに、前記信号電荷を電圧信号に変換するフローティングディフュージョン部と、
前記フォトダイオードと前記フローティングディフュージョン部の間に設けられ、前記信号電荷の転送制御を行う転送トランジスタと、
前記フローティングディフュージョン部の電位の変化を出力する出力部と、
前記フローティングディフュージョン部と前記出力部の間に接続され、高輝度光の入射に起因して前記出力部からの出力信号に発生する黒つぶれを抑圧する高輝度黒つぶれ抑圧回路とを備えた固体撮像素子の素子検査方法において、
前記フローティングディフュージョン部を高輝度光が入射した場合の電位に対応する所定電位に設定して、前記固体撮像素子を動作させることにより、前記高輝度黒つぶれ抑圧回路が正常に動作するか否かを検査する固体撮像素子の素子検査方法。
【請求項２】
前記所定電位は、通常光が入射した場合の前記フローティングディフュージョン部の電位より低い電位である請求項１記載の固体撮像素子の素子検査方法。
【請求項３】
前記固体撮像素子は、前記フローティングディフュージョン部に残留している信号電荷をリセットし、信号電荷を読み出すために、前記フローティングディフュージョン部の電位を初期設定するリセットトランジスタを有し、
前記フローティングディフュージョン部の前記所定電位の設定を、前記リセットトランジスタによる前記初期設定動作をさせないことにより行う請求項１または２記載の固体撮像素子の素子検査方法。
【請求項４】
前記フォトダイオードを遮光状態にする請求項１〜３のいずれか一項に記載の固体撮像素子の素子検査方法。
【請求項５】
前記出力部の電位の変化を画像データとして出力し、前記画像データの列出力値に基づいて、黒つぶれの発生の有無を判定する請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体撮像素子の素子検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子の検査方法に関し、特に、高輝度光が入射された場合の黒つぶれを補正する高輝度黒つぶれ抑圧回路の動作を検査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子は、大別して、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）に代表される電荷転送型と、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の撮像デバイスに代表されるＸＹアドレス型に分けられる。
【０００３】
ＭＯＳ型の固体撮像素子は、ＣＣＤ特有のスミアノイズを抑えることができる。しかし、ＭＯＳ型の固体撮像素子は、高輝度光が入射した場合に、高輝度光により白色となるべき箇所が黒くつぶれた画像となる現象が生じ、撮像された画像の画質が著しく損なわれることが知られている。その原因は、受光量により電子の蓄積量が決定されるフォトダイオードから、遮断状態のトランジスタを通過して、電荷を一時的に保持するフローティングディフュージョン部に、電子が漏れることである。
【０００４】
これらの対策として、高輝度光が入射した場合に、フォトダイオードにより発生した電子に基づく信号を、高輝度光が入射されたことを示す信号で代替する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような代替する回路（以下、高輝度黒つぶれ抑圧回路と称す。）が、高輝度光が入射された場合に、正常に動作するか否かの検査は、実装評価などにおいて高輝度光源を使用し、黒つぶれが生じていないかどうかを検査することにより行う。
【０００５】
以下、図面を参照しながら、従来の高輝度黒つぶれ検査および手順について説明する。
【０００６】
図４は、従来の固体撮像素子の高輝度黒つぶれ検査を実施するための構成を示すブロック図である。高輝度光源１０１は、メタルハイド光源などであり、高輝度光を照射する。高輝度光１０４は、高輝度光源１０１から固体撮像素子１０２の画素部１０３へ照射される。画像取り込み装置１０５は、固体撮像素子１０２と接続され、画素部１０３が受光したデータを取り込む。
【０００７】
図５は、上記黒つぶれ検査を実施するための検査手順を示す流れ図である。まず、高輝度光源１０１から高輝度光１０４を画素部１０３へ照射する（ステップＳ３０１）。次に、照射された高輝度光１０４に基づいた固体撮像素子１０２からの出力信号を画素取り込み装置１０５で取り込む（ステップＳ３０２）。画像の取込みの際に、ＣＤＳ（相関２重サンプリング）などのノイズ除去、ＡＤ変換を行う。次に、高輝度光１０４の入射により、取り込み画像に黒つぶれが生じるべきでない箇所に黒つぶれが発生しているか否かを画像検査する（ステップＳ３０３）。検査の方法の例としては、次のような検査方法がある。まず、縦線方向に出力値を加算する。次に、加算結果を平滑化したデータを作成する。加算結果と、平滑化したデータの差をとり、線の異常を検査する。
【０００８】
以下、図６、７を参照しながら、高輝度光が入射された場合に黒つぶれが生じる原因について説明する。図６は、固体撮像素子を示す回路図である。フォトダイオード１０は、受光量に応じた電荷量を蓄積する。フォトダイオード１０は、アノード側が接地され、カソード側が転送トランジスタ１１と接続されている。転送トランジスタ１１は、ゲート電極に入力されるＴＲＡＮＳ信号に応じて、フォトダイオード１０に蓄積された電子をフローティングディフュージョン部（以下ＦＤ部と称す）１２へ転送するスイッチング制御を行う。
【０００９】
ＦＤ部１２は、フォトダイオード１０から転送された電荷を一時的に保持する。また、ＦＤ部１２は、増幅トランジスタ１４のゲート電極および、リセットトランジスタ１３に接続されている。リセットトランジスタ１３は、ゲート電極に接続されたＲＳＣＥＬＬ信号に応じて、電位を供給するＶＤＤＣＥＬＬとＦＤ部１２の接続を制御する。増幅トランジスタ１４は、ゲート電極に接続されたＦＤ部１２の電位に応じて、ＦＤ部１２の電位から増幅トランジスタ１４の閾値分低下した電位を列信号線２１に供給する。また、増幅トランジスタ１４は、電流源３と共にソースフォロアアンプを構成する。列信号線２１は、サンプリングトランジスタ１５に接続されている。
【００１０】
サンプリングトランジスタ１５は、ゲート電極に供給されるＮＣＳＨ信号に応じて、列信号線２１とキャパシタ１６（出力部）の接続を制御する。キャパシタ１６を介して、ＦＤ部１２の電荷量の変化を信号変化として保持するためのキャパシタ１８に伝達される。キャパシタ１８に保持された電位が出力信号２３となる。キャパシタ１８には、クリップトランジスタ１９のゲート電極に接続されたＮＣＣＬ信号に応じて、電圧ＶDDが供給され、充電される。
【００１１】
図７（ａ）は、上記固体撮像素子に通常光が入射した場合の回路動作を示すタイミング図である。横軸は時間、縦軸は電位を示す。
【００１２】
通常光が入射している状態で、時刻ｔ１において、ＲＳＣＥＬＬをＨｉｇｈ電位とする。時刻ｔ２において、ＶＤＤＣＥＬＬをＬｏｗ電位にすることにより、ＦＤ部１２を、Ｌｏｗ電位とする。時刻ｔ３において、ＲＳＣＥＬＬをＬｏｗ電位にした後、時刻ｔ４でＶＤＤＣＥＬＬをＨｉｇｈ電位にする。時刻ｔ５において、ＲＳＣＥＬＬ、ＮＣＳＨ、ＮＣＣＬをＨｉｇｈ電位にすることにより、リセットトランジスタ１３が導通し、ＦＤ部１２がＨｉｇｈ電位（初期設定）とされる。ＦＤ部１２がＨｉｇｈ電位となるため、列信号線２１がＶＤＤＣＥＬＬの電位から増幅トランジスタ１４の閾値分の電位が低下した中間電位にセットされる。また、ＮＣＣＬがＨｉｇｈ電位となることにより、クリップトランジスタ１９が導通し、キャパシタ１８が充電され、出力信号２３の電位は、ＶDDとなる。
【００１３】
時刻ｔ６において、ＲＳＣＥＬＬをＬｏｗ電位にすることにより、ＦＤ部１２の状態を保持する。時刻ｔ７において、ＮＣＣＬをＬｏｗ電位にすることにより、出力信号２３を保持する。時刻ｔ８において、ＴＲＡＮＳをＨｉｇｈ電位にすることにより、フォトダイオード１０に蓄積された電子がＦＤ部１２に流れ込み、ＦＤ部１２の電位が低下する。ＦＤ部１２の電位の低下に伴い、列信号線２１の電位が低下する。列信号線２１の電位の低下は、キャパシタ１６を介して、出力信号２３に伝わる。
【００１４】
次に、時刻ｔ９において、ＴＲＡＮＳをＬｏｗ電位にし、時刻ｔ１０において、ＮＣＳＨをＬｏｗ電位にする。時刻ｔ７と時刻ｔ１０の出力信号２３の電位の差を取り出すことにより、フォトダイオード１０の信号変化を検出することができる。
【００１５】
図７（ｂ）は、上記固体撮像素子に高輝度光が入射した場合の回路動作を示すタイミング図である。ＶＤＤＣＥＬＬ、ＲＳＣＥＬＬ、ＴＲＡＮＳ、ＮＣＳＨ、ＮＣＣＬは、図７（ａ）の動作と同一であるので説明を省略し、ＦＤ部１２、列信号線２１、出力信号２３の電位について説明する。また、図７（ｂ）における時刻ｔ１からｔ４までの動作は、図７（ａ）の時刻ｔ１からｔ４までの動作と同一であるので説明を省略する。
【００１６】
時刻ｔ５において、ＲＳＣＥＬＬをＨｉｇｈ電位とすることにより、リセットトランジスタ１３が導通状態となり、ＦＤ部１２がＨｉｇｈ電位にリセットされ、列信号線２１が中間電位にセットされる。また、ＮＣＳＨをＨｉｇｈ電位とすることにより、サンプリングトランジスタ１５が導通状態となる。また、ＮＣＣＬをＨｉｇｈ電位とすることにより、クリップトランジスタ１９が導通状態となり、キャパシタ１８が充電され、出力信号２３の電位は、ＶDDとなる。
【００１７】
時刻ｔ６において、ＲＳＣＥＬＬをＬｏｗ電位とすることにより、ＦＤ部１２は、ＶＤＤＣＥＬＬと切断される。フォトダイオード１０に高輝度光が入射されていると、転送トランジスタ１１を通過して電子がＦＤ部１２へ漏れ出し、ＦＤ部１２の電位は徐々に低下する。ＦＤ部１２の電位の低下に伴い列信号線２１の電位も低下する。列信号線２１の電位の低下は、キャパシタ１６を通るが、ＮＣＣＬがＨｉｇｈ電位であるので、出力信号２３の電位は変化しない。
【００１８】
時刻ｔ７において、ＮＣＣＬをＬｏｗ電位とすることにより、クリップトランジスタ１９が遮断状態となると、列信号線２１の電位の低下に伴い出力信号２３の電位も低下する。
【００１９】
時刻ｔ８において、ＴＲＡＮＳをＨｉｇｈ電位とすることにより、転送トランジスタ１１が導通状態になり、フォトダイオード１０からＦＤ部１２へ電子が流れ込み、ＦＤ部１２の電位が低下するが、時刻ｔ６における漏れ電荷のため、その変化量は非常に小さい。ＦＤ部１２の電位の変化にともない列信号線２１の電位が低下し、伝達キャパシタ１６を介して出力信号２３の電位が低下する。時刻ｔ７での出力信号２３と時刻ｔ１０での出力信号２３の電位差が小さいために、白く表示されるべき画素が、受光量が少ないとして黒くつぶれて表示される。
【００２０】
次に、高輝度黒つぶれ抑圧回路を備えた固体撮像素子について説明する。
【００２１】
図２は、高輝度黒つぶれ抑圧回路を備えた固体撮像素子を示す回路図である。キャパシタ１６に並列に、高輝度光が入射した場合に高輝度信号を出力させるためのＳＫＩＰトランジスタ１７を設けたこと以外は、図６に示した回路図と同様であり、同一の符号を付して説明を省略する。また、ＳＫＩＰトランジスタ１７のゲート電極には、一定のゲート電圧が印加される。ＳＫＩＰトランジスタ１７のソース電極がゲート電極の電位より、ＳＫＩＰトランジスタ１７のソース−ゲート電極間の閾値電圧分下がった電位（所定電位）以下となると、ＳＫＩＰトランジスタ１７は導通する。
【００２２】
図８は、高輝度黒つぶれ抑圧回路を備えた固体撮像素子の回路動作を示すタイミング図である。ＶＤＤＣＥＬＬ、ＲＳＣＥＬＬ、ＴＲＡＮＳ、ＮＣＳＨ、ＮＣＣＬは、図７（ｂ）と同一であるので説明を省略し、ＦＤ部１２、列信号線２１、出力信号２３の電位について説明する。また、時刻ｔ１から時刻ｔ５は、図７（ｂ）の時刻ｔ１から時刻ｔ５までと同一であるため、説明を省略する。
【００２３】
時刻ｔ６において、ＲＳＣＥＬＬをＬｏｗ電位にすることにより、リセットトランジスタ１３が遮断状態となるため、ＦＤ部１２は、ＶＤＤＣＥＬＬと切断される。フォトダイオード１０は、高輝度光が入射されていると、転送トランジスタ１１を通過して電子がＦＤ部１２へ漏れ出し、ＦＤ部１２の電位は徐々に低下する。ＦＤ部１２の電位の低下に伴ない列信号線２１の電位も低下する。列信号線２１の電位の低下は、キャパシタ１６を通るが、ＮＣＣＬがＨｉｇｈ電位であるので、出力信号２３の電位は変化しない。
【００２４】
時刻ｔ７において、ＮＣＣＬ信号をＬｏｗ電位に設定することにより、クリップトランジスタ１９が遮断状態となる。列信号線２１はＬｏｗ電位であり、列信号線２１とＳＫＩＰトランジスタ１７のゲート電極の間に、ＳＫＩＰトランジスタ１７におけるゲート−ソース電極間の閾値電圧以上の電圧がかかるため、ＳＫＩＰトランジスタ１７は導通し、キャパシタ１８から列信号線２１へ電流（高輝度信号）が流れる。それにより、出力信号２３の電位が列信号線２１の電位に応じた電位となる。従って、時刻ｔ６の出力信号２３と時刻ｔ１０の出力信号２３の電位の差が漏れ電荷の影響を受けない信号として出力され、黒つぶれ補正がされる。
【特許文献１】特開２００４−１８７０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
しかしながら、上記従来の高輝度黒つぶれ抑圧回路は、正常に動作しているか否かを検査するには、高輝度光源を点灯させる必要があり、検査には、高いコストおよび工数も必要である。特に、ウエハ状態などで検査するプローブ検査などでは、高輝度光源を準備することが困難であり、検査を行うことができない場合がある。
【００２６】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、高輝度光源を用いずに高輝度光が入射した場合に、高輝度黒つぶれ抑圧回路が正常に動作するか否かを検査することができる検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明の固体撮像素子の素子検査方法は、入射光を受光量に応じた信号電荷に光電変換するフォトダイオードと、前記フォトダイオードから転送された前記信号電荷を保持するとともに、前記信号電荷を電圧信号に変換するフローティングディフュージョン部と、前記フォトダイオードと前記フローティングディフュージョン部の間に設けられ、前記信号電荷の転送制御を行う転送トランジスタと、前記フローティングディフュージョン部の電位の変化を出力する出力部と、前記フローティングディフュージョン部と前記出力部の間に接続され、高輝度光の入射に起因して前記出力部からの出力信号に発生する黒つぶれを抑圧する高輝度黒つぶれ抑圧回路とを備えた固体撮像素子の素子検査方法において、前記フローティングディフュージョン部を、高輝度光が入射した場合の電位に対応する所定電位に設定して、前記固体撮像素子を動作させることにより、前記高輝度黒つぶれ抑圧回路が正常に動作するか否かを検査する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、高輝度光源を用いずに高輝度光が入射した場合に、高輝度黒つぶれ抑圧回路が正常に動作するか否かを検査することができる検査方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の素子検査方法は、前記所定電位は、通常光が入射した場合の前記フローティングディフュージョン部の電位より低い電位であるようにすることもできる。
【００３０】
また、前記固体撮像素子は、前記フローティングディフュージョン部に残留している信号電荷をリセットし、信号電荷を読み出すために、前記フローティングディフュージョン部の電位を初期設定するリセットトランジスタを有し、前記フローティングディフュージョン部の前記所定電位の設定を、前記リセットトランジスタによる前記初期設定動作をさせないことにより行うことができる。
【００３１】
また、前記フォトダイオードを遮光状態にすることもできる。
【００３２】
また、前記出力部の電位の変化を画像データとして出力し、前記画像データの列出力値に基づいて、黒つぶれの発生の有無を判定することもできる。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３４】
まず、本発明の実施の形態における固体撮像素子の高輝度黒つぶれ抑圧回路の動作検査方法の全体構造について図１を参照しながら説明する。本実施の形態における高輝度黒つぶれ抑圧回路を有する固体撮像素子は、図２に示す構成と同様であり、説明を省略する。図１は、本実施の形態に係る固体撮像素子の素子検査方法を示すフロー図である。
【００３５】
まず、光源を遮光状態とし、固体撮像素子に対して光が入射しない状態とする(ステップＳ１０１)。次に、固体撮像素子に対して、ＦＤ部１２に所定電位を与えることにより、高輝度光が入射した状態と同じ状態とし、ＳＫＩＰトランジスタ１７が動作する状態にする(ステップＳ１０２)。次に、画素取込み装置に固体撮像素子の出力を画像取り込みし(ステップＳ１０３)、取り込んだ画像を検査して、高輝度黒つぶれ抑圧回路が正常に機能しているかどうかを検査する(ステップＳ１０４)。ステップＳ１０３およびステップＳ１０４は、従来例の高輝度黒つぶれ抑圧回路の動作検出方法におけるステップＳ３０２とステップＳ３０３と同様である。
【００３６】
次に、ステップＳ１０２について詳細に説明する。図３は、図２の固体撮像素子の黒つぶれ抑圧回路の検査を示すタイミング図である。
【００３７】
まず、時刻ｔ１において、ＶＤＤＣＥＬＬをＨｉｇｈ電位に、ＲＳＣＥＬＬ、ＴＲＡＮＳ、ＮＣＳＨ、ＮＣＣＬをＬｏｗ電位の状態で、ＲＳＣＥＬＬをＨｉｇｈ電位にする。時刻ｔ２において、ＶＤＤＣＥＬＬをＬｏｗ電位にし、時刻ｔ３において、ＲＳＣＥＬＬをＬｏｗ電位にする。時刻ｔ４において、ＶＤＤＣＥＬＬをＨｉｇｈ電位にする。
【００３８】
時刻ｔ５において、ＮＣＳＨとＮＣＣＬをＨｉｇｈ電位にする。一方、ＲＳＣＥＬＬは、通常の動作と異なり、Ｈｉｇｈ電位にしない。このため、ＦＤ部１２は、Ｌｏｗ電位のままであり、それに伴ない列信号線２１の電位もＬｏｗ電位である。ＮＣＣＬをＨｉｇｈ電位とすることにより、クリップトランジスタ１９が導通状態となり、キャパシタ１８が充電され、出力信号２３の電位がＶDDとなる。
【００３９】
時刻ｔ６において、ＮＣＣＬをＬｏｗ電位にすることにより、出力信号２３に対して、電位ＶDDの電位供給源を遮断する。ＳＫＩＰトランジスタ１７のソース電極の電位（列信号線２１の電位）は、ゲート電極の電位に対してソース−ゲート電極間の閾値電圧以上下がった電位（所定電位）となっており、ＳＫＩＰトランジスタ１７が導通し、出力信号２３の電位が低下する。その後、時刻ｔ７において、ＴＲＡＮＳをＨｉｇｈ電位にし、時刻ｔ８において、Ｌｏｗ電位にする。時刻ｔ９において、ＮＣＳＨ信号をＬｏｗ電位にする。
【００４０】
高輝度黒つぶれ抑圧回路のＳＫＩＰトランジスタ１７が正常に動作した場合に、時刻ｔ５におけるリセット状態の出力信号２３の電位と、時刻ｔ９における出力信号２３との差分を取り出すと、高輝度信号の出力が取得され、黒つぶれが補正される。
【００４１】
しかしながら、列信号線２１の下位電位（所定電位）は、リセットトランジスタ１３、増幅トランジスタ１４の閾値電圧のバラツキによって変動し、ＳＫＩＰトランジスタ１７が導通しない場合が存在する。ＳＫＩＰトランジスタ１７が導通しない場合、高輝度黒つぶれ抑圧回路が働かず出力信号２３は非常に小さくなる。取り込み画像では、高輝度黒つぶれ抑圧回路の動作バラツキが列ごとにバラツクため、縦線バラツキとなる。したがって、出力画像の縦線データ（列出力値）を検出することにより、高輝度黒つぶれ抑圧回路の動作を検査することができる。
【００４２】
なお、時刻ｔ７において、転送トランジスタ１１をＨｉｇｈ電位としているが、光が入射しない遮光状態としているため、出力信号には影響を与えない。
【００４３】
以上のように、出力信号２３の信号に基づく取り込み画像を縦線のレベルを判定することにより、高輝度黒つぶれ抑圧回路の動作を検査することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、ＭＯＳ型の固体撮像素子における高輝度黒つぶれ抑圧回路が正常に動作するか否かを検査する際に、高輝度光源を用いること無く検査することができるという利点を有し、固体撮像素子の分野において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の高輝度黒つぶれ抑圧回路の動作検査方法を示す流れ図
【図２】本発明の動作検査方法が対象とする高輝度黒つぶれ抑圧回路を有する固体撮像素子を示す回路図
【図３】本発明の高輝度黒つぶれ抑圧回路の動作検査を示すタイミング図
【図４】従来の高輝度黒つぶれ抑圧回路の動作検査方法を示す概念図
【図５】従来の高輝度黒つぶれ抑圧回路の動作検査方法を示す流れ図
【図６】高輝度黒つぶれ抑圧回路がない固体撮像素子を示す回路図
【図７】高輝度黒つぶれ抑圧回路がない固体撮像素子の（ａ）通常光（ｂ）高輝度光が入射した場合のタイミング図
【図８】高輝度光が入射し、高輝度黒つぶれ抑圧回路が動作した場合の固体撮像素子のタイミング図
【符号の説明】
【００４６】
３  電流源
１０  フォトダイオード
１１  転送トランジスタ
１２  フローティングディフュージョン部（ＦＤ部）
１３  リセットトランジスタ
１４  増幅トランジスタ
１５  サンプリングトランジスタ
１６、１８  キャパシタ
１７  スキップトランジスタ
１９  クリップトランジスタ
２１  列信号線
２３  出力信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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